【空力徹底】NISHIGOバイシクルフェス個人タイムトライアルに挑戦③
by: 佐野 隆

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photo:その独特なデザインに一目惚れ。また理想に近い空力特性も持つ心強い相棒である。

◯仕様

フレーム／CANNONDALE SLICE RS

ステム／CANNONDALE SLICE RS ORIGNAL

ハンドルバー／PROFILE DESIGIN

エアロバー／PROFILE DESIGIN T2CARBON

ブレーキ本体／CANNONDALE SLICE RS ORIGNAL

ブレーキレバー／3TAERO

シフトレバー／SHIMANO SW-9071

Fディレイラー／SHIMANO FD-6770

Rディレイラー／SHIMANO RD-6770SS

スプロケット／SHIMANO CS-7900 12-23T

チェーン／SHIMANO CN-7901

チェーンリング／ROTOR NO-Q AERO 52-38T

クランク／ROTOR FLOW 170mm

ボトムブラケット／ORIGINAL STEEL

ペダル／SPEEDPLAY ZERO STEEL

ホイール／REYNOLDS 72 CLINCHER

タイヤ／SCHWALBE IRONMAN 24C

チューブ／PANA R-AIR

サドル／SANMARCO

シートポスト／CANNONDALE SLICE RS ORIGNAL

パワーメーター／ROWER2MAX TYPE-S

重量／8.60kg

◯フレームの空力

まず、競技に使用できる機材はUCI車両規定にて厳格に定められている。(トライアスロンやUCI認定外のレースは別)

その中でフレームの空力に関する項目は以下の通り

条項1.3.024

保護スクリーンおよび流線形の胴などの空気抵抗を減少させるか又は推力を増す目的または効果のあるいかなる装備の追加または組み込みを禁止する。

保護スクリーンとは風の抵抗を減らすように設計された、固定の風防装置である。

胴形は断面を後方に伸ばすかまたは流線形にするものである。長さと直径の比が３：１以下なら許容する。

まず、フレームの空力を語る上では先端と後端の形状が重要で、中央部はライダーの体やペダリングによる影響があるため、現状のテクノロジーではメーカーが謳っている様なエアロ効果が発揮されない。

img:走行中のストリームラインの様子(引用元http://velocitysportscycling.com/bike-fit-improves-performance)

①先端部

レースカーなどに用いられているフィンやウィング状のものは「固定の防風装置」と見なされ採用出来ない為、フレーム構造の一部と見なされる形状の範囲中で、以下の点が考慮されているものが良い。

①ホイールやライダーを含めたバイク全体の空気の流れを考えているもの。

②フレーム自体の空気抵抗を減らすため小さく薄いもの。

img:イラストにした空気の動き(引用元http://www.totalsimulation.co.uk/wp/portfolio/britishcycling/)

さらにフレーム全体を通して、余計な凹凸や段差が少ないもの。

圧力抵抗軽減の観点とは別に、空気抵抗は前面投影面積にも比例関係にある為、非常に薄くコンパクトなデザインとなっている。フロントフォークは上下から支えるデュアルクラウン仕様とし、驚異的に細いヘッドチューブが極限まで空気抵抗を軽減すると同時に、剛性を高めることで精度の高いハンドリングを実現している。

ダウンチューブは典型的な翼断面を採用し、ボトルケージを取付けるダボ穴さえもない。

風向きに迎え角が強い場合は、流れの剥離が発生し、空気抵抗の増加と車両の挙動が不安定になるが、多くの条件下では最も抵抗が少ない理想的な形状である。

◯フレーム後端形状(REAR END SHAPE)

スライスRSの一番の特徴といって良いのは、独特のフレーム後端の三角形状。フレーム最後端のフィン状のデザインはフレームやライダーのペダリングにより乱れた空気の流れを整流する効果が大きい。

一般的なエアロフレームは翼断面のフレームとピラー形状を用いているが、ヨーアングル(横風)が増加すると風下側にドラッグを発生させ整流効果が失われると共に空気抵抗が増加する。

この解決策として後端を切り落としたカムテール構造が採用される場合もあるが、翼断面にくらべ整流効果が劣る。

整流効果と横風に強いのがこの三角翼であり最後端の頂点部では横風時でもドラッグが発生しない。

photo:(引用元http://free-photos.gatag.net/2014/09/21/140000.html)

気流が安定しない海岸に生息するアホウドリなど海鳥の翼は先端が細くなっているが、これはポンテッドウイングと言い、点になっている翼端では流れの迎角が大きくなっても空気の乱れがない特徴がある。

トップチューブと高さが揃えられたステム構造、トップチューブからの流れを妨げない史上もっとも薄型のUCI適合のシートポスト、さらに後方に伸びた三角翼による高い整流効果を発揮する。

エアロバーの隙間から流入した空気が勢いを保ちつつエネルギーを失わないまま、フレームの後端に抜ける構造のため、ライダーの懐に巻き込んだ空気をこの勢いを保った流れによってフレーム後方に引く抜く効果があり、他のフレームより特筆した空力特性を発揮している。

img:走行時の空気の流れをシュミレーションしたのもの(引用元http://www.cervelo.com)

寒色なっているステム後方とピラー後方は空気の勢い(エネルギー)が失われて流れが澱んでいる部分。上記は上記イメージはサーヴェロP5のものだが一般的な多くのフレームも同様の結果となる。

スライスRSのシートチューブには、タイヤに伴った空気を通すトンネル状の溝が採用されている。

流れの中にある物体の表面には常に速度差ゼロの空気層伴っているが、ホイール上半分は進行方向とは逆に回転しており、相対速度は走行速度の2倍になるため空気が乱され抵抗が発生している。

img:リドレーに採用されているスリットはスポークに伴った空気に対して効果がある。

fig:空力データ(速度:不明／ライダー条件:なし／ホイール条件:ZIPP404)(引用元http://aerogeeks.com/2013/09/24/2014-felt-ar-wind-tunnel-data-analysis/)